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202
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL ANÁLISIS EXPERIMENTAL DE LOS ANCLAJES EN UN MURO CLAVETEADO PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL MENCIÓN ESTRUCTURAS LEÓN JÁCOME HÉCTOR FABRICIO [email protected] MIÑO RON JOSÉ GABRIEL [email protected] DIRECTOR: ING. M.Sc. JORGE ENRIQUE VALVERDE BARBA [email protected] Quito, julio 2014

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  • ESCUELA POLITCNICA NACIONAL

    FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y AMBIENTAL

    ANLISIS EXPERIMENTAL DE LOS ANCLAJES EN UN

    MURO CLAVETEADO

    PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIN DEL TTULO DE

    INGENIERO CIVIL MENCIN ESTRUCTURAS

    LEN JCOME HCTOR FABRICIO [email protected]

    MIO RON JOS GABRIEL

    [email protected]

    DIRECTOR: ING. M.Sc. JORGE ENRIQUE VALVERDE BARBA

    [email protected]

    Quito, julio 2014

  • II

    DECLARACIN

    Nosotros, Hctor Fabricio Len Jcome y Jos Gabriel Mio Ron, declaramos que

    el trabajo aqu descrito es de nuestra autora; que no ha sido previamente

    presentado para ningn grado o calificacin profesional; y, que hemos consultado

    las referencias bibliogrficas que se incluyen en este documento.

    A travs de la presente declaracin cedemos nuestros derechos de propiedad

    intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politcnica Nacional,

    segn lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por

    la normatividad institucional vigente.

    Hctor Fabricio Len Jcome Jos Gabriel Mio Ron

  • III

    CERTIFICACIN

    Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Hctor Fabricio Len

    Jcome y Jos Gabriel Mio Ron, bajo mi supervisin.

    Ing. M.Sc. JORGE VALVERDE BARBA DIRECTOR DEL PROYECTO

  • IV

    AGRADECIMIENTO

    Agradezco a mi Padre del cielo por la vida, la salud y el bienestar de cada da.

    A mi madre Dolorosa por ser mi gua y protectora en este largo caminar.

    Un sincero agradecimiento al Ing. MSc. Jorge Enrique Valverde por brindarme la

    oportunidad de trabajar junto con l en este proyecto de titulacin, guindome a lo

    largo del desarrollo del mismo y a la vez poniendo a disposicin su tiempo y

    conocimientos desinteresadamente. Adems de aportar con su ciencia a lo largo

    de mi carrera universitaria.

    A la Escuela Politcnica Nacional juntamente con mis profesores a lo largo de mi

    formacin profesional. En especial al departamento de Mecnica de suelos y

    geotcnica de la facultad de ingeniera Civil por permitirnos la realizacin de los

    ensayos necesarios dentro de este proyecto de titulacin

    Agradezco a mi Madre Margarita por su inters y preocupacin dentro de toda mi

    carrera universitaria y por inculcarme la fe y valores de responsabilidad y

    honradez, pilares fundamentales que me ha ayudado y me ayudaran a lo largo de

    mi vida como profesional y ser humano. Adems gracias a su ejemplo de arduo

    trabajo ha sembrado en mi las ganas y el gusto por el trabajo y esfuerzo cada da.

    Agradezco a mi Padre Ramiro por apoyarme en todo lo que he necesitado y

    adems brindarme consejos dentro de mi formacin profesional. Agradezco

    adems a mis hermanos por compartir momentos en familia y agradezco a mi

    hermano Andrs por ser un gran ejemplo de esfuerzo, superacin y dedicacin, lo

    que me ha ayudado a seguir adelante dentro de mi vida acadmica.

    A mis amigos, amigas y conocidos que han compartido buenos y malos

    momentos dentro de mi carrera profesional.

    Jos Gabriel

  • V

    AGRADECIMIENTO

    Al Ing. Jorge Valverde Barba por su profesional y acertada gua para la

    elaboracin de este proyecto.

    A la Facultad de Ingeniera Civil y Ambiental de la Escuela Politcnica Nacional, a

    su personal administrativo y de manera especial a su personal docente por la

    adecuada formacin profesional.

    Al personal del Laboratorio de Ensayo de Materiales y Mecnica de Suelos en la

    persona de la Ing. Mercedes Villacs, por las facilidades prestadas para la

    elaboracin de este trabajo.

    A mi amigo y compaero Jos Mio que fue parte fundamental en la elaboracin

    de este trabajo.

    Fabricio Len Jcome

  • VI

    DEDICATORIA

    Dedico este proyecto de titulacin a mi Madre Dolorosa, gua y luz en mi camino.

    A mis padres Ramiro y Margarita.

    A mis hermanos que se encuentran en el exterior y a toda mi familia.

    Jos Gabriel

  • VII

    DEDICATORIA

    A mis padres de quienes he recibido un apoyo incondicional, y que han sabido

    guiarme con sabidura.

    A mi familia por el apoyo recibido, y;

    Finalmente pero no por eso menos importante a mis amigos que han sido un

    apoyo fundamental para la culminacin de esta etapa de mi vida.

    Fabricio Len Jcome

  • VIII

    CONTENIDO

    DECLARACIN ..................................................................................................... II

    CERTIFICACIN .................................................................................................. III

    AGRADECIMIENTO .............................................................................................. IV

    DEDICATORIA ...................................................................................................... VI

    CONTENIDO ....................................................................................................... VIII

    NDICE DE TABLAS ............................................................................................. XI

    NDICE DE FIGURAS .......................................................................................... XII

    NDICE DE FOTOGRAFAS ................................................................................ XIV

    RESUMEN ......................................................................................................... XVII

    ABSTRACT ....................................................................................................... XVIII

    PRESENTACIN ................................................................................................ XIX

    CAPTULO 1: INTRODUCCIN GENERAL ........................................................... 1

    1.1 ANTECEDENTES ............................................................................................. 1

    1.2 OBJETIVOS ...................................................................................................... 3

    1.2.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 3

    1.2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ............................................................................. 3

    1.3 GENERALIDADES ............................................................................................ 4

    1.4 ALCANCE ......................................................................................................... 5

    CAPTULO 2: ESTUDIO DE SUELOS ................................................................... 7

    2.1 TRABAJO DE CAMPO Y TOMA DE MUESTRAS .............................................. 7

    2.2 IDENTIFICACION DEL TIPO DE SUELO .........................................................11

    2.2.1 CONTENIDO DE HUMEDAD (NORMA ASTM D 2216) ...................................11

    2.2.2 GRANULOMETRA (ASTM 422) ......................................................................13

    2.2.3 LMITES DE PLASTICIDAD (ASTM D4318) ....................................................15

    2.3 DETERMINACIN DE LAS CARACTERISTICAS MECANICAS DEL SUELO ..18

    CAPTULO 3: MURO CLAVETEADO .................................................................. 23

    3.1 INTRODUCCIN .............................................................................................23

    3.2 PRINCIPIO DEL MURO CLAVETEADO ...........................................................24

    3.3 ELEMENTOS DE UN MURO CLAVETEADO ...................................................26

    3.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SU APLICACIN ........................................28

    3.4.1 VENTAJAS .......................................................................................................28

    3.4.2 DESVENTAJAS ...............................................................................................29

  • IX

    3.5 MODOS DE FALLA DE UN MURO CLAVETEADO ...........................................30

    3.5.1 FALLA DE LA CONEXIN PANTALLA - CLAVO DE ANCLAJE ......................30

    3.5.1.1 FALLA POR FLEXIN .....................................................................................30

    3.5.1.2 FALLA POR PUNZONAMIENTO ......................................................................31

    3.5.1.3 FALLA POR CONEXIN DE LA T .................................................................33

    3.5.2 MODOS DE FALLA EXTERNOS......................................................................33

    3.5.2.1 FALLA POR ESTABILIDAD GLOBAL ..............................................................34

    3.5.2.2 FALLA POR DESLIZAMIENTO ........................................................................35

    3.5.2.3 FALLA POR CAPACIDAD DE CARGA EN LA BASE Y VOLTEO ....................36

    3.5.3 MODOS DE FALLA INTERNOS .......................................................................37

    3.5.3.1 FALLA POR DESPRENDIMIENTO DEL CLAVO .............................................37

    3.5.3.2 FALLA POR DESPRENDIMIENTO DE LA VARILLA DEL CLAVO ...................38

    3.5.3.3 FALLA POR ROTURA DEL CLAVO DE ANCLAJE ..........................................39

    3.5.3.4 FALLA POR FLEXIN Y CORTE DE LOS CLAVOS ........................................39

    3.6 DISEO DEL MURO CLAVETEADO ................................................................41

    3.6.1 PRESIONES ACTUANTES ..............................................................................42

    3.6.2 PLANOS DE FALLA .........................................................................................48

    3.6.3 DISEO DE LOS ANCLAJES O CLAVOS .......................................................54

    3.6.3.1 LONGITUD DEL ANCLAJE SEGN BOWLES ................................................54

    3.6.3.2 LONGITUD DEL ANCLAJE SEGN AUZ LILIANA ..........................................56

    3.6.3.3 LONGITUD DEL ANCLAJE SEGN BYRNE, FHWA (1998) ............................57

    3.6.3.4 DIMETRO DE LA VARILLA DEL ANCLAJE ...................................................62

    3.6.4 DISEO DE LA PANTALLA .............................................................................63

    CAPTULO 4: CONSTRUCCIN Y ENSAYO ...................................................... 67

    4.1 INTRODUCCIN .............................................................................................67

    4.2 MTODO CONSTRUCTIVO ............................................................................68

    4.3 CONSTRUCCION DE PANTALLA Y CLAVOS .................................................75

    4.3.1 CONSTRUCCIN DE LA PANTALLA ..............................................................75

    4.3.2 CONSTRUCCIN DE LOS ANCLAJES ...........................................................81

    4.4 ENSAYOS EXPERIMENTALES DE LOS ANCLAJES.......................................86

    4.4.1 EQUIPO USADO EN LOS ENSAYOS ..............................................................86

    4.4.2 ENSAYOS DE CARGA A LOS MUROS ...........................................................87

    4.4.2.1 ENSAYO DEL MURO M-1................................................................................90

    4.4.2.2 ENSAYO DEL MURO M-2.............................................................................. 100

    4.4.2.3 ENSAYO DEL MURO M-3.............................................................................. 110

    4.4.3 ENSAYOS DE EXTRACCIN DE LOS ANCLAJES EN TALUD NATURAL ... 119

  • X

    4.4.3.1 ENSAYO DEL ANCLAJE A-1 ......................................................................... 120

    4.4.3.2 ENSAYO DEL ANCLAJE A-2 ......................................................................... 125

    CAPITULO 5: ESTUDIO COMPARATIVO DE RESULTADOS .......................... 131

    5.1 RESULTADOS OBTENIDOS ......................................................................... 131

    5.1.1 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE CARGA EN MUROS ........................ 131

    5.1.2 RESULTADOS DE LOS ENSAYOS DE EXTRACCIN ................................. 138

    5.2 COMPARACIN DE RESULTADOS .............................................................. 140

    5.2.1 COMPARACIN ENTRE LOS ENSAYOS DE CARGA .................................. 140

    5.2.2 COMPARACIN ENTRE LOS ENSAYOS DE EXTRACCIN ....................... 145

    CAPITULO 6: CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES .............................. 147

    6.1 CONCLUSIONES ........................................................................................... 147

    6.2 RECOMENDACIONES .................................................................................. 151

    REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................... 153

    ANEXOS ............................................................................................................ 155

    ANEXO N 1 ....................................................................................................... 156

    ANEXO N 2 ....................................................................................................... 159

    ANEXO N 3 ....................................................................................................... 164

    ANEXO N 4 ....................................................................................................... 171

    ANEXO N 5 ....................................................................................................... 175

    ANEXO N 6 ....................................................................................................... 178

    ANEXO N 7 ....................................................................................................... 180

  • XI

    NDICE DE TABLAS

    Tabla 2.1 Parmetros de resistencia del suelo..................................................... 22

    Tabla 3.1 Anlisis de las presiones laterales de suelo ......................................... 47

    Tabla 3.2 Anlisis del plano de falla ..................................................................... 52

    Tabla 3.3 Clculo de la longitud del anclaje segn Bowles .................................. 55

    Tabla 3.4 Clculo de la longitud del anclaje segn Auz ....................................... 57

    Tabla 3.5 Clculo de la longitud del anclaje segn FHWA ................................... 61

    Tabla 3.6 Clculo del dimetro de la varilla del anclaje ........................................ 62

    Tabla 3.7 Clculos para el armado de pantalla .................................................... 66

    Tabla 4.1 Deformaciones 1er estado de carga (M-1) ........................................... 92

    Tabla 4.2 Deformaciones 2do estado de carga (M-1) .......................................... 96

    Tabla 4.3 Deformaciones 1er estado de carga (M-2) ......................................... 102

    Tabla 4.4 Deformaciones 2do estado de carga (M-2) ........................................ 104

    Tabla 4.5 Deformaciones 3er estado de carga (M-2) ......................................... 105

    Tabla 4.6 Deformaciones hasta la falla total (M-2) ............................................. 107

    Tabla 4.7 Deformaciones 1er estado de carga (M-3) ......................................... 112

    Tabla 4.8 Deformaciones 2do estado de carga (M-3) ........................................ 113

    Tabla 4.9 Deformaciones 3er estado de carga (M-3) ......................................... 115

    Tabla 4.10 Deformaciones 4to estado de carga (M-3) ....................................... 117

    Tabla 4.11 Resultados ensayo anclaje A-1 ........................................................ 124

    Tabla 4.12 Resultados ensayo Anclaje A-2 ........................................................ 130

    Tabla 5.1 Fuerzas y tipo de falla de los muros ................................................... 131

    Tabla 5.2 Clculo de coeficientes para Bowles y Terzaghi & Peck .................... 141

    Tabla 5.3 Clculo de coeficientes para Terzaghi & Peck (arenas) ..................... 142

    Tabla 5.4 Clculo de coeficientes para Schnabel ............................................... 143

  • XII

    NDICE DE FIGURAS

    Figura 2.1 Lmites de Atterberg ............................................................................ 15

    Figura 2.2 Envolvente de Mohr Ensayo triaxial UU ........................................... 21

    Figura 3.1 Zona activa y Zona resistente ............................................................. 25

    Figura 3.2 Elementos de un muro claveteado ...................................................... 26

    Figura 3.3: Falla por flexin .................................................................................. 31

    Figura 3.4: Falla por punzonamiento .................................................................... 32

    Figura 3.5: Falla por conexin en la T ................................................................ 33

    Figura 3.6 Falla por estabilidad global .................................................................. 35

    Figura 3.7 Falla por deslizamiento ....................................................................... 36

    Figura 3.8 Falla por capacidad de carga y volteo ................................................. 36

    Figura 3.9 Falla por desprendimiento del anclaje ................................................. 38

    Figura 3.10 Falla por desprendimiento de la varilla .............................................. 39

    Figura 3.11 Falla por rotura del anclaje ................................................................ 40

    Figura 3.12 Falla por corte y momento ................................................................. 40

    Figura 3.13 Esquema de los muros y anclajes de prueba .................................... 42

    Figura 3.14 Diagrama aproximado de presiones (Schnabel) ............................... 43

    Figura 3.15 Diagrama aproximado de presiones (Terzaghi & Peck) .................... 43

    Figura 3.16 Diagrama aproximado de presiones (Bowles) ................................... 44

    Figura 3.17 Ejemplificacin de un plano de falla .................................................. 48

    Figura 3.18 Plano de falla propuesto por Bonifz ................................................. 49

    Figura 3.19 Plano de falla propuesto por Bowles ................................................. 50

    Figura 3.20 Grietas de tensin ............................................................................. 51

    Figura 3.21 Plano de falla propuesto por Bowles ................................................. 53

    Figura 3.22 Viga Cargada que representa al tramo M-1 ...................................... 64

    Figura 3.23 Diagrama de momentos tramos M-1 ................................................. 64

    Figura 3.24 Diagrama de momentos tramos M-2 ................................................. 64

    Figura 3.25 Diagrama de momentos tramo M-3 ................................................... 65

    Figura 4.1 ngulos de inclinacin de los anclajes con pantalla ............................ 84

    Figura 4.2 ngulos de inclinacin de los anclajes sin pantalla ............................. 85

    Figura 4.3 Equipo hidrulico usado en los ensayos ............................................. 86

  • XIII

    Figura 4.4 Esquema aplicacin de carga muro M-1 ............................................. 91

    Figura 4.5 Esquema aplicacin de carga muro M-2 ........................................... 100

    Figura 4.6 Esquema aplicacin de carga muro M-3 ........................................... 110

    Figura 5.1 Tensin a lo largo del anclaje ............................................................ 136

    Figura 5.2 Nuevo diagrama equivalente de presiones ....................................... 144

    Figura 6.1 y Fotografa 6.1 Distribucin de tensiones en el anclaje ................... 147

    Figura 6.2 Diagrama de presiones aproximado Len & Mio ............................ 149

    Figura 6.3 Ubicacin recomendada de la varilla dentro del anclaje ................... 151

  • XIV

    NDICE DE FOTOGRAFAS

    Fotografa 2.1 Talud en el cual se implant el muro claveteado ............................ 7

    Fotografa 2.2 Delimitacin para la toma de muestra del suelo.............................. 9

    Fotografa 2.3 Excavacin para la toma de muestra del suelo ............................... 9

    Fotografa 2.4 Bloque de muestra de suelo ......................................................... 10

    Fotografa 2.5 Traslado de muestra del suelo al laboratorio ................................ 10

    Fotografa 2.6 Peso de muestras ......................................................................... 12

    Fotografa 2.7 Secado al horno ............................................................................ 12

    Fotografa 2.8 Granulometra por tamizado del suelo .......................................... 13

    Fotografa 2.9 Ensayo de lmites de plasticidad ................................................... 16

    Fotografa 2.10 Muestra de suelo dentro de la cmara triaxial ............................ 18

    Fotografa 2.11 Tallado de las muestras de suelo ................................................ 20

    Fotografa 2.12 Muestra tallada ............................................................................ 20

    Fotografa 4.1 Inicio del Peinado del talud ........................................................... 69

    Fotografa 4.2 Peinado del talud .......................................................................... 70

    Fotografa 4.3 Proceso de peinado de talud finalizado ........................................ 70

    Fotografa 4.4 Ubicacin de anclajes ................................................................... 71

    Fotografa 4.5 Anclaje en talud natural ................................................................. 72

    Fotografa 4.6 Colocacin de la malla electrosoldada .......................................... 73

    Fotografa 4.7 Malla electrosoldada cortada en tramos ....................................... 73

    Fotografa 4.8 Colocacin de tabla para separar los tramos de muro .................. 74

    Fotografa 4.9 Detalle de la colocacin de la malla Electrosoldada ..................... 76

    Fotografa 4.10 Detalle del hueco para los anclajes ............................................. 77

    Fotografa 4.11 Viguetas metlicas ...................................................................... 77

    Fotografa 4.12 Uso de viguetas en la construccin ............................................. 78

    Fotografa 4.13 Apuntalamiento del encofrado..................................................... 79

    Fotografa 4.14 Vista frontal del apuntalamiento finalizado .................................. 79

    Fotografa 4.15 Muro claveteado desencofrado ................................................... 81

    Fotografa 4.16 Ensamble terminado del Anclaje o clavo .................................... 82

    Fotografa 4.17 y 4.18 Placas para distribucin de carga .................................... 87

    Fotografa 4.19 Anclaje sobresaliente .................................................................. 88

  • XV

    Fotografa 4.20 Falla de la viga vista lateral ......................................................... 88

    Fotografa 4.21 Falla de la viga vista frontal ......................................................... 89

    Fotografa 4.22 Excavacin tras el muro M-1 ....................................................... 91

    Fotografa 4.23 Fisuras en la cara posterior (M1) ................................................ 92

    Fotografa 4.24 y 4.25 Deformacin por 1er estado de carga (M-1) ..................... 93

    Fotografa 4.26 Deformacin a la altura del anclaje (M-1) ................................... 94

    Fotografa 4.27 Retroceso por descarga (M-1) .................................................... 95

    Fotografas 4.28 y 4.29 Desplazamiento del muro sobre el anclaje (M1) ............. 96

    Fotografa 4.30 y 4.31 Fisuras laterales (M1) ....................................................... 97

    Fotografa 4.32 y 4.33 Fisura horizontal (M1) ...................................................... 98

    Fotografa 4.34 y 4.35 Fisuras y desplazamientos finales (M1) ........................... 99

    Fotografa 4.36 Segunda fisura horizontal (M1) ................................................... 99

    Fotografa 4.37 Excavacin tras el muro (M2) .................................................... 101

    Fotografa 4.38 Inicio del ensayo del muro M-2 ................................................. 102

    Fotografas 4.39 y 4.40 Deformacin por 1er estado de carga (M-2) ................. 103

    Fotografas 4.41 y 4.42 Deformaciones por 2do estado de carga (M-2) ............ 104

    Fotografa 4.43 Fisura cara frontal de la pantalla (M-2) ..................................... 106

    Fotografa 4.44 y 4.45 Deformacin por 3er estado de carga (M-2) ................... 106

    Fotografa 4.46 Deformacin final (M-2) ............................................................. 108

    Fotografas 4.47 y 4.48 Deformacin final vista lateral (M-2) ............................. 109

    Fotografa 4.49 Segunda fisura horizontal (M-2) ................................................ 109

    Fotografa 4.50 Excavacin tras el muro (M-3) .................................................. 111

    Fotografas 4.51 y 4.52 Deformacin por 1er estado de carga (M-3) ................. 112

    Fotografas 4.53 y 4.54 Deformacin por 2do estado de carga (M-3) ................ 114

    Fotografa 4.55 Estado del anclaje despus del 2do estado de cargas (M-3) .... 114

    Fotografas 4.56 y 4.57 Deformacin por 3er estado de carga (M-3) ................. 116

    Fotografa 4.58 Deformacin 4to estado de cargas (M-3) .................................. 117

    Fotografa 4.59 Fisura en la cara posterior de la pantalla (M-3) ......................... 118

    Fotografa 4.60 Estado del 4to estado de cargas (M-3) ..................................... 119

    Fotografa 4.61 Ubicacin Anclaje A-1 ............................................................... 120

    Fotografa 4.62 Retroexcavadora ....................................................................... 121

    Fotografa 4.63 Plataforma de hormign ............................................................ 122

    Fotografa 4.64 Equipo listo para el ensayo ....................................................... 123

  • XVI

    Fotografa 4.65 Medidor de presiones ................................................................ 123

    Fotografa 4.66 Anclaje A-1 extrado .................................................................. 124

    Fotografa 4.67 Ubicacin Anclaje A-2 ............................................................... 125

    Fotografa 4.68 Colocacin de la cadena ........................................................... 126

    Fotografa 4.69 Colocacin de la cadena ........................................................... 126

    Fotografa 4.70 Uso del tecle, volqueta y dinammetro ..................................... 127

    Fotografa 4.71 Dinammetro ............................................................................. 127

    Fotografa 4.72 Proceso de despojo de la tierra del anclaje .............................. 128

    Fotografa 4.73 Plataforma de apoyo ................................................................. 129

    Fotografa 4.74 Ensayo ME-4 ............................................................................. 130

    Fotografa 5.1 Falla por flexin de la pantalla (M-2) ........................................... 132

    Fotografa 5.2 Volcado de los muros .................................................................. 133

    Fotografa 5.3 Falla en la conexin anclaje-pantalla (M-1) ................................. 134

    Fotografa 5.4 Dao mnimo en la cara posterior de la pantalla (M-3) ............... 135

    Fotografa 5.5 Falla por desprendimiento del anclaje del muro M-3 ................... 135

    Fotografa 5.6 Estado del anclaje luego de la falla (M-3) ................................... 138

    Figura 6.1 y Fotografa 6.1 Distribucin de tensiones en el anclaje ................... 147

    Fotografa 6.2 Soldadura de la T ..................................................................... 152

  • XVII

    RESUMEN

    Los muros claveteados son un sistema constructivo relativamente nuevo en el

    medio local, por lo que todava se tienen ciertas incertidumbres en su diseo,

    especialmente en lo que tiene que ver con los anclajes, razn por la cual este

    trabajo se enfoca en la optimizacin del diseo de estos anclajes, que son parte

    fundamental en el funcionamiento de los muros claveteados.

    Para poder lograr el objetivo deseado, este trabajo se ha desarrollado en tres ejes

    principales, que son: el diseo, la construccin y el ensayo de tramos de muros

    claveteados, cada tramo con diferentes caractersticas constructivas y de diseo,

    que aportarn para lograr los resultados deseados.

    En lo que concierne al diseo, se empieza por la recopilacin de la teora

    disponible y necesaria para los diseos, como son: los planos de falla en suelos

    locales, los diagramas de presiones laterales, para despus proceder con la toma

    de muestras de suelo pertenecientes al lugar de implantacin del muro, con el fin

    de conocer el tipo de suelo y obtener las caractersticas mecnicas necesarias

    para los diseos.

    Terminado el proceso de diseo, se avanza a la construccin de los diferentes

    tramos de muro, respetando las variantes consideradas en los diseos. Finalizado

    el proceso constructivo se procede al ensayo experimental de los muros, donde

    se trata de simular lo ms real posible la presin lateral que el suelo ejerce sobre

    los muros, y as poder obtener resultados confiables.

    Con la informacin que se genere de los ensayos experimentales, se procede a

    su anlisis y comparacin, para finalmente obtener conclusiones y

    recomendaciones que optimicen el diseo de los anclajes de un muro claveteado.

  • XVIII

    ABSTRACT

    The Soil Nail walls are a relatively a new building system in the local environment,

    is why we still have uncertainties in design, especially with the anchors, which is

    why this paper focuses on design optimization of these anchors, which are a

    fundamental part in the functioning of the Soil Nail walls.

    To achieve the desired objective, this work has been developed in three main

    areas, namely: the design, construction and testing of Soil Nail wall sections, each

    section with different construction and design features that contribute to achieve

    the results desired.

    The design starts with the collection of available and necessary theory for designs

    such as: failure surfaces in local soils, lateral pressure diagrams. Then proceed

    with taking soil samples be appropriate to the implantation of the wall, in order to

    know the type of soil and obtain the mechanical properties necessary for designs.

    After the design process, continues with the construction of the different sections

    of wall, respecting the variants considered in the designs. Finished the

    construction process, we continue with the experimental trying of the walls, where

    it is as real as possible we simulate the lateral soil pressure applies on the walls,

    and thereby obtain reliable results.

    With the information generated from the experimental tests, we proceed to its

    analysis and comparison, finally get conclusions and recommendations to optimize

    the design of a soil nail wall anchors.

  • XIX

    PRESENTACIN

    Esta investigacin consta de 6 captulos, donde se detalla detenidamente el

    diseo, la construccin de un muro claveteado, y los ensayos experimentales a

    ejecutarse con el fin de corroborar o mejorar los datos asumidos en el diseo del

    muro. El trabajo est organizado como se muestra a continuacin:

    Captulo 1: Introduccin General

    En este captulo se presenta generalidades como son los antecedentes del uso y

    aplicacin de los muros claveteados, los objetivos generales y especficos que se

    ha propuesto para este trabajo y el alcance que tendr de la investigacin.

    Captulo 2: Estudios de suelos

    En este captulo se describe el procedimiento para la correcta toma de muestras

    de suelo en campo y su posterior anlisis en el laboratorio, con el fin de identificar

    el tipo de suelo donde se implantar el muro de prueba, y obtener las

    caractersticas mecnicas necesarias para el diseo del muro claveteado.

    Captulo 3: Muro claveteado

    En este captulo se describe el funcionamiento de un muro claveteado, el principio

    de su funcionamiento, tambin se da a conocer los elementos que lo conforman,

    se mencionan ventajas y desventajas de su aplicacin, para seguir con una

    descripcin de los posibles modos de falla del muro y terminar con una

    explicacin completa de como disear un muro claveteado.

    Captulo 4: Construccin y ensayo del muro claveteado

    En este captulo se detalla el mtodo constructivo de los muros claveteados, se

    incluye un registro fotogrfico completo, que muestra paso a paso la construccin

    del muro, para finalizar con la descripcin detallada de cada uno de los ensayos a

    realizarse en los muros y anclajes en talud natural.

  • XX

    Captulo 5: Estudio comparativo de resultados

    En este captulo se presenta los resultados obtenidos de los ensayos realizados a

    los muros y anclajes, (tipos y fuerzas de falla para cada caso), para despus

    analizar y comparar estos resultados obtenidos con los mencionados en la

    literatura consultada.

    Captulo 6: Conclusiones y Recomendaciones

    En este ltimo captulo se presentan las conclusiones a las que se llega y

    recomendaciones obtenidas de esta investigacin.

    Finalmente se presenta un conjunto de anexos, donde se encuentran los reportes

    de los ensayos de laboratorio para la clasificacin del suelo, del ensayo triaxial, de

    las pruebas de compresin realizadas a las probetas de hormign obtenidas de la

    pantalla y anclajes, tambin se encuentra el diseo completo de un muro

    claveteado, y las especificaciones tcnicas del equipo hidrulico usado para los

    ensayos.

  • 1

    CAPTULO 1

    1 INTRODUCCIN GENERAL

    En este captulo se presenta generalidades como son los antecedentes del uso y

    aplicacin de los muros claveteados, los objetivos generales y especficos que se

    ha propuesto para este trabajo y el alcance que tendr de la investigacin.

    1.1 ANTECEDENTES

    El muro claveteado es una variacin del ya conocido muro anclado, cuyo diseo

    se basa en un sistema americano llamado Soil Nailing, este trmino debe su

    origen a un antiguo sistema de soporte para excavaciones en roca conocido como

    New Austrian Tunneling Method desarrollado por el austriaco Ladislaus Von

    Rabcewicz en los aos sesenta, que combin pantallas de hormign lanzado con

    refuerzos pasivos de acero clavados al suelo, constituyendo un sistema eficaz y

    barato para soportar las presiones en las excavaciones subterrneas.

    Una de las primeras aplicaciones del sistema de muros claveteados se dio en

    1972, en la ampliacin de una va frrea cerca de Versalles en Francia, para la

    estabilizacin de un total aproximado de 12.000 m de taludes producidos por

    cortes de aproximadamente 18 metros en un terreno arenoso. Este mtodo fue

    usado por su bajo costo y adems porque su tiempo de construccin es menor

    comparado al de otros mtodos de soporte convencionales de acuerdo a la

    investigacin de Lazarte et al. (2003).

    Otro de los pases que inici el uso del sistema de muros claveteados fue

    Alemania, pas que adems tuvo el primer programa de investigacin sobre muros

    claveteados entre los aos de 1975 y 1981, la universidad de Karlsruhe y la

    empresa de construcciones Bauer llevaron a cabo investigaciones en muros de

  • 2

    escala real con diversas variaciones en la configuracin de los muros. Como

    resultado del incremento del uso de los muros claveteados en toda Europa,

    Francia inicia su propio programa de investigacin llamado Clouterre en el ao

    de 1986, el mencionado programa incluy adems de ensayos en muros de

    escala real el monitoreo de estructuras en servicio y simulaciones numricas,

    segn menciona Lazarte et al. (2003).

    La primera aplicacin de los muros claveteados en los Estados Unidos de

    Norteamrica se dio en los ltimos aos de la dcada de los sesenta e inicio de

    los setenta, para el soporte temporal de excavaciones en Vancouver y

    Washington. Una de las primeras aplicaciones de las que se tiene publicacin fue

    en el ao de 1976, sirvi para dar soporte al suelo en excavaciones de casi 14

    metros de profundidad para la expansin del hospital Good Samaritan en

    Portland. La construccin de los muros de contencin para este hospital se

    produjo en la mitad del tiempo y a un 15% menos en costo que los otros sistemas

    convencionales para el soporte del suelo. En posteriores aos la construccin de

    los muros claveteados se fue incrementando e incluyndose en diferentes

    proyectos, especialmente para proyectos de infraestructura vial. (Tomado de la

    investigacin de Lazarte et al. 2003)

    En el Ecuador el uso de los muros claveteados es reciente, el Ing. Jorge Valverde

    es quien hace algunos aos introdujo esta tcnica al pas y su vez ha propuesto

    un diseo fundamentado de este tipo de muros. En el medio, la demanda de este

    tipo de muros ha aumentado, ya que se ha demostrado que tienen un menor

    costo y tiempo de construccin en comparacin con otros mtodos de soporte

    segn concluye Liliana Auz en su proyecto de titulacin (2010). Gracias a la

    colaboracin del Ing. Valverde se han podido realizar varias tesis a nivel de

    pregrado y postgrado, que sern de gran ayuda y servirn de gua para este

    trabajo.

    En la investigacin realizada en su tesis de maestra el Ing. Rodrigo Vsconez en

    el ao 1997 sobre la determinacin cuantitativa del mdulo de reaccin de la

  • 3

    subrasante, incluy la extraccin de pilotines de hormign, esta prueba de

    extraccin tiene cierta similitud a las pruebas planteadas en este trabajo.

    Las pruebas de carga realizadas por Vsconez; consistieron en la extraccin

    vertical de pilotines barrenados de hormign de 7.5 cm de dimetro con un alma

    de acero, que consisti en una varilla corrugada de acero de dimetro

    conveniente embebida en el eje del pilotn de hormign, donde se encontr que la

    carga de extraccin promedio es de 5.35 T/m y el esfuerzo promedio de friccin

    es de 2.25 Kg/cm.

    1.2 OBJETIVOS

    1.2.1 Objetivo General

    El objetivo general de este trabajo es optimizar el diseo de los anclajes en un

    muro claveteado mediante el anlisis experimental del plano de falla as como la

    forma del diagrama lateral de presiones.

    1.2.2 Objetivos Especficos

    En funcin del objetivo general planteado, los objetivos especficos considerados

    para este trabajo son los siguientes:

    Recopilar la informacin necesaria para el anlisis y diseo de un muro

    claveteado.

    Disear un muro claveteado

    Construir tramos de muro claveteado de acuerdo a las variables

    establecidas para los anlisis experimentales.

    Ensayar los tramos de muros construidos.

    Analizar y comparar los resultados obtenidos experimentalmente con las

    hiptesis asumidas en el diseo.

  • 4

    1.3 GENERALIDADES

    En la actualidad existen varias propuestas que solucionan los problemas

    generados por la presin lateral del suelo, dentro de las alternativas disponibles

    existen los llamados muros claveteados. Los muros claveteados son sistemas de

    soporte lateral del suelo basados en la tcnica del claveteado. El claveteado del

    suelo es una tcnica in situ para reforzar, estabilizar y retener excavaciones o

    cortes profundos, a travs de anclajes pasivos, los mismos que estn conectados

    a una pantalla de hormign armado. Estos sistemas representan una opcin

    innovadora y econmica para cualquier tipo de proyecto en donde se necesite

    soportar las presiones laterales del suelo. Lo que hace atractivo a este sistema de

    soporte es: el bajo costo, la rapidez de construccin, segn concluye en su

    proyecto de titulacin Liliana Auz (2010) y el hecho que no se necesita de gran

    maquinaria para su construccin, lo hace indicado para los ambientes urbanos.

    En la actualidad no se dispone de informacin suficientemente clara y

    comprobada para realizar el diseo de los muros claveteados, este sistema

    constructivo es relativamente nuevo en el medio local, lo que ha derivado en el

    riesgo de un mal diseo, especficamente en lo que se refiere al diseo de los

    clavos de anclaje. Esta falta de informacin ha generado una diversidad de

    criterios, que no necesariamente tienen una fundamentacin terica y

    experimental que los respalde, un claro ejemplo es la falla de varios muros

    claveteados ocurridas ltimamente. Debido al problema mencionado y mediante

    este anlisis se pretende generar informacin tcnica y experimentalmente

    confiable que sirva de apoyo para el correcto diseo de este tipo de muros.

    Por las caractersticas del sistema constructivo para este tipo de muros, la

    optimizacin en el diseo influye directamente en el costo de construccin, el

    proponer un sistema ms econmico que otros tipos de muros, har que estos

    sean empleados en ms proyectos, esto conllevar a que se investigue cada vez

    ms y as poder despejar todas las incertidumbres que se tienen para el diseo y

    construccin de los muros claveteados.

  • 5

    1.4 ALCANCE

    La investigacin se enfocar en el anlisis de los anclajes que forman parte de un

    muro claveteado, el mismo que se lo construir a modo de prueba en un terreno

    disponible ubicado en la Avenida Eloy Alfaro Urbanizacin Ron Muoz - Sector

    Ftima al norte de la ciudad de Quito - Ecuador.

    Figura 1.1 Lugar de implantacin del Muro claveteado

    Fuente: Google Maps

    Con la teora disponible se disear un muro claveteado, se proceder a la

    construccin del mismo, para finalmente ser sometido a dos tipos de pruebas; la

    primera se enfocar especficamente en la falla de los anclajes y la segunda

    tratar la falla global del muro.

    Las pruebas de los clavos o anclajes consistir en simular la traccin que podra

    presentarse en los anclajes, tirando de estos con la ayuda de un gato hidrulico

    hueco hasta que ocurra la falla ya sea: del clavo de anclaje, del hormign que

    recubre al anclaje o del suelo, siendo esta ltima la opcin ms probable ya que el

  • 6

    suelo es el material ms dbil de los tres antes mencionados. Los posibles modos

    de falla del anclaje se detallan en el captulo 3.5 de este trabajo. Con esta prueba

    se pretende optimizar el factor de seguridad que se est usando para el diseo

    dichos anclajes.

    La segunda prueba a realizarse en el muro trata de sobrecargar a la estructura

    con el doble o el triple de la sobrecarga estimada en el diseo, para as conseguir

    la falla de cualquiera de los elementos del muro. Los posibles modos de falla del

    muro se detallan en el captulo 3.5 de este trabajo, adems y si es el caso, poder

    observar el aparecimiento de la llamada grieta de tensin que se forma en el

    suelo al fallar.

    Con la informacin generada en las pruebas a los anclajes y muros se analizar

    parmetros como:

    El plano de falla

    El diagrama de presiones laterales

    El esfuerzo de friccin suelo-anclaje

    Se compararn los resultados obtenidos de los parmetros mencionados con las

    hiptesis usadas en el diseo, con el fin de optimizar el diseo de los elementos

    de un muro claveteado, para el caso del diagrama de presiones laterales del suelo

    se plantear uno nuevo de ser el caso, o se ratificar el uso de alguno de los

    diagramas mencionados en el trabajo.

  • 7

    CAPTULO 2

    2 ESTUDIO DE SUELOS

    Para proceder con el diseo del muro claveteado y de sus anclajes es necesario

    conocer las principales caractersticas del suelo en el que se implantar el muro

    de prueba, para esto es necesario realizar trabajos de campo donde se recopilar

    la informacin necesaria para los diseos. En este captulo se describe el

    procedimiento para la correcta toma de muestras de suelo en campo y su

    posterior anlisis en el laboratorio, con el fin de obtener los parmetros necesarios

    para el diseo del muro claveteado.

    2.1 TRABAJO DE CAMPO Y TOMA DE MUESTRAS

    Para el presente trabajo el principal objetivo de las visitas de campo fue obtener

    muestras de suelo del sitio donde se construir el muro, para su posterior anlisis

    en el laboratorio. En la fotografa 2.1 se presenta el talud donde se construyeron

    los muros claveteados de prueba.

    Fotografa 2.1 Talud en el cual se implant el muro claveteado

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 8

    Al realizar un anlisis visual del suelo se determin que se tratan de arenas de

    color caf claro con poca presencia de contenido orgnico (a una profundidad de

    1 metro). No se evidenci la presencia de nivel fretico al menos hasta la base del

    talud, por lo que no se considerar la presencia de agua para los diseos.

    Desde el punto de vista geolgico, segn explica el Ing. Rodrigo Vsconez (1997)

    en su tesis de maestra, en el rea Metropolitana de Quito se tiene: rocas

    volcnico-sedimentarias del Cretcico Superior (formacin Macuchi), rocas

    volcnicas del Pleistoceno (volcnicos San Juan), rocas sedimentarias que

    varan del Cretcico Superior al Pleistoceno, rocas volcnicas producto de la

    actividad de los volcanes presentes en la Cordillera Occidental, depsitos

    superficiales del Holoceno, caracterizados por la presencia de la formacin

    Cangahua, depsitos lacustres, terrazas coluviales, conos de deyeccin, dunas

    de deslizamiento y glaciares.

    La muestra representativa de suelo se la obtuvo de la parte posterior a la

    implantacin del muro claveteado con la ayuda de personal capacitado, al cual se

    le indic que era necesario obtener un cubo del suelo cuya arista fuera de 40 cm,

    debido a que era necesario extraer tres probetas cilndricas de 6 cm de dimetro

    por 10 cm de altura, adems de fracciones suficientes para realizar las pruebas

    de clasificacin del suelo S.U.C.S. La muestra fue tomada a un 1 metro de

    profundidad aproximadamente.

    En las siguientes fotografas se presenta el proceso de la toma de muestra del

    suelo, que consiste en la delimitacin del rea de suelo, su excavacin hasta

    llegar a la profundidad deseada y finalmente la extraccin del bloque de suelo.

  • 9

    Fotografa 2.2 Delimitacin para la toma de muestra del suelo

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

    Hay que tomar en cuenta que la excavacin total debe ser delimitada 50 cm ms

    grande que la muestra estimada, para poder tener el espacio suficiente de

    moldearla.

    Fotografa 2.3 Excavacin para la toma de muestra del suelo

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 10

    Fotografa 2.4 Bloque de muestra de suelo

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

    Inmediatamente que se extrajo el bloque de suelo entero se procedi a envolverlo

    con plstico, para evitar que pierda su humedad natural y que los resultados de

    las pruebas en el laboratorio no se vean alterados. Una vez con las muestras de

    suelo, el siguiente paso es realizar los ensayos en el laboratorio, los mismos que

    arrojarn las propiedades mecnicas del suelo e identificacin del tipo de suelo,

    parmetros necesarios para comenzar con el diseo del muro claveteado. La

    fotografa 2.5 muestra el momento en que la muestra que se tom es llevada al

    laboratorio para sus respectivos ensayos.

    Fotografa 2.5 Traslado de muestra del suelo al laboratorio

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 11

    2.2 IDENTIFICACION DEL TIPO DE SUELO

    En la intemperie o en el campo nos podemos encontrar con una diversidad de

    suelo, los mismos que dependiendo tanto del lugar como de la profundidad en la

    que se encuentren presentan distintas caractersticas. Es por esto que es

    importante la identificacin del tipo de suelo para conocer sus principales

    caractersticas y a partir de esta informacin ser capaces de tomar decisiones al

    momento del diseo.

    Para la identificacin del tipo suelo existe una serie de procedimientos, en este

    caso se aplic el procedimiento auxiliar para identificacin de suelos en el

    laboratorio S.U.C.S (Sistema Unificado de Clasificacin de Suelos). Este mtodo

    S.U.C.S primeramente necesita caractersticas del suelo a estudiar, las mismas

    que se obtienen mediante pruebas de laboratorio normadas por la ASTM, estas

    pruebas son: contenido de humedad, anlisis granulomtrico y lmites de

    plasticidad. Con lo que obtenemos la distribucin de tamaos de partcula del

    suelo y los contenidos de humedad de frontera entre diferentes estados de

    consistencia.

    2.2.1 Contenido De Humedad (Norma ASTM D 2216)

    El contenido de humedad de un suelo es la relacin entre el peso de agua

    contenida en la muestra y el peso de la muestra seca o peso de los slidos y

    tpicamente expresada en porcentaje, su respectiva ecuacin es la siguiente:

    En donde:

    W = Contenido de humedad en porcentaje

    Ww = Peso de agua contenida en la muestra

    WS = Peso de la muestra seca

  • 12

    Cabe sealar que dentro de los mtodos para la obtencin del contenido de

    humedad existen los siguientes: secado al horno, mtodo instantneo y mtodo

    atmico. Para este caso se utiliz el mtodo de secado al horno. Que

    prcticamente como su nombre lo indica, consiste en obtener el contenido de

    humedad secando la muestra en un horno convencional a temperatura constante.

    Las fotografas 2.6 y 2.7, muestran ciertos pasos de la prueba del contenido de

    humedad que se realiz en los laboratorios. Y en el Anexo I se muestra los

    resultados del contenido de humedad de las muestras de suelo del talud en

    estudio.

    Fotografa 2.6 Peso de muestras

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

    Fotografa 2.7 Secado al horno

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 13

    2.2.2 Granulometra (ASTM 422)

    Determinar la granulometra de un suelo es hallar la distribucin de las partculas

    que lo componen de acuerdo a su tamao. Es un indicativo para determinar

    ciertas propiedades de los suelos de granos gruesos pero de poca utilidad en los

    suelos finos. El anlisis se enfoca bsicamente en separar las partculas de suelo

    por medio de mallas o tamices, las mismas que definen el tamao de las

    partculas (Instructivo para ensayos de Mecnica de Suelos, 1985). Para suelos

    de granos gruesos se utiliza la granulometra por tamizado y para suelos finos el

    mtodo ms utilizado es la granulometra por hidrmetro. Como el suelo de

    nuestro talud presenta granos gruesos se emple la granulometra por tamizado,

    que bsicamente consiste en hacer pasar o cernir una determinada muestra de

    suelo atreves de un juego de tamices estandarizados (conformados por malla) y

    posteriormente determinar el porcentaje de suelo retenido en cada tamiz respecto

    a la masa de suelo que se tena inicialmente. Cada tamiz o malla presenta un

    cierto orifico o abertura graduado dependiendo de su numeracin, por ejemplo el

    tamiz No. 4 presenta una abertura real de 4,76mm. El juego de tamices estndar

    y el que se utiliz en este caso lo conforman los tamices No. 4, 10, 20, 40, 100 y

    200.

    Fotografa 2.8 Granulometra por tamizado del suelo

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 14

    Posterior al tamizado de la muestra, se procede a obtener la curva

    granulomtrica, en donde la ordenada representa los porcentajes en peso que

    pasa cada tamiz en escala aritmtica y la abscisa en escala logartmica

    representa el tamao o aberturas de las mallas expresadas en milmetros.

    Esta curva granulomtrica nos muestra el porcentaje de gravas, arenas y finos,

    adems que mediante el clculo del coeficiente de uniformidad (Cu) definimos la

    uniformidad del tamao de las partculas de un suelo y mediante el clculo del

    coeficiente de curvatura (Cc) que es un dato complementario definimos la

    uniformidad de la curva. (Instructivo para ensayos de Mecnica de Suelos, 1985).

    Estos coeficientes se los calcula con las siguientes expresiones.

    Dnde:

    Cu = Coeficiente de uniformidad

    D60 = Dimetro por el que pasa el 60% de la muestra

    D10 = Dimetro por el que pasa el 10% de la muestra

    Dnde:

    CC = Coeficiente de curvatura

    D10 = Dimetro por el que pasa el 10% de la muestra

    D30 = Dimetro por el que pasa el 30% de la muestra

    D60 = Dimetro por el que pasa el 60% de la muestra

    Los clculos y resultados del proceso de granulometra por tamizado

    conjuntamente con el grfico de la curva granulomtrica se los presenta en el

    Anexo I.

  • 15

    2.2.3 Lmites De Plasticidad (ASTM D4318)

    El contenido de agua en un suelo formado por partculas finas tales como las

    arcillas, altera algunas de las propiedades por ejemplo: las fuerzas de interaccin

    entre las partculas. La disminucin de la cantidad de agua aumenta la resistencia

    del suelo y este adquiere un estado plstico, posteriormente el suelo llega a tener

    caractersticas de un slido, por lo cual puede resistir esfuerzo de compresin y

    tensin. (Instructivo para ensayos de Mecnica de Suelos, 1985).

    Albert Mauritz Atterberg (1846 1916) demostr que la plasticidad no es una

    propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su

    contenido de agua. Por tanto un suelo se encuentra en estado slido, cuando est

    seco, al agregarle agua poco a poco va pasando a un estado semislido, plstico

    y por ltimo estado lquido. Adems segn estos estados defini los lmites

    lquido, plstico y de contraccin que representan los contenidos de humedad en

    los puntos de transicin de un estado al otro (Lambe & Whitman, 1999)

    Figura 2.1 Lmites de Atterberg

    Fuente: (Lambe & Whitman, 1999)

  • 16

    Dentro de lo propuesto por Atterberg se presenta tambin el ndice de plasticidad

    (Ip), el mismo que mide el intervalo de contenido de agua en el cual el suelo es

    plstico y el ndice de contraccin (Ic), que se define como la diferencia entre el

    lmite plstico y lmite de contraccin; estos lmites son de gran importancia para

    la clasificacin de suelos finos especialmente arcillas y limos.

    Debido a que en nuestro caso particular el talud donde se implant el muro

    claveteado present segn el anlisis granulomtrico y su respectiva clasificacin

    del suelo, bajo contenido de arcillas y no presenta gran cantidad de finos, esta

    prueba para la obtencin de los lmites de plasticidad se dificult y fue imposible

    realizarla, adems que no aplicaba para el tipo de suelo que se tuvo. Por tanto por

    ejemplo, como se muestra en la fotografa 2.9, el realizar un rodillo con la muestra

    del suelo para la obtencin del lmite plstico, este se desmenuzaba fcilmente y

    no se lograba quedar firme.

    Como conclusin al tener arenas limosas con bajos contenidos de arcillas y sin la

    presencia de gran cantidad de finos, el aplicar ensayos de lmites de plasticidad

    es innecesario.

    Fotografa 2.9 Ensayo de lmites de plasticidad

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 17

    Al resumir los resultados en base de los reportes de laboratorio y en s dentro del

    procedimiento del S.U.C.S (Sistema unificado de clasificacin de suelos), el talud

    donde se implant el muro claveteado est dentro de la clasificacin SM-SC, que

    significa que el suelo presenta arenas limosas (mezclas de arena y limo mal

    graduadas) y arenas arcillosas (mezclas de arena y arcilla mal graduadas).

    Dentro de las caractersticas principales que representan a este grupo de suelo,

    se puede mencionar que su resistencia al corte en estado compacto y saturado es

    buena, es impermeable en estado compactado, tiene baja compresibilidad en

    estado compacto-saturado, y por ltimo su facilidad de tratamiento en obra es

    regular (Wagner, 1957).

    Por otro lado segn la visita de campo y al realizar un anlisis visual, el talud no

    presenta escurrimientos sub-superficiales con lo que se puede afirmar que el sitio

    de implantacin del muro no presenta nivel fretico hasta una profundidad de

    2.5m que es la cota de la base del talud.

  • 18

    2.3 DETERMINACIN DE LAS CARACTERISTICAS MECANICAS

    DEL SUELO

    Para obtener las propiedades mecnicas del suelo, los ensayos o pruebas

    recomendadas para el estudio geotcnico son: ensayo de densidad de campo,

    prueba de corte directo, pruebas triaxiales y pruebas de consolidacin. En el caso

    de las rocas, las pruebas recomendadas son: resistencia a la compresin, corte

    directo, compresin triaxial, entre otros. En este proyecto se opt por aplicar el

    ensayo o prueba triaxial.

    El principal objetivo de este ensayo es determinar el ngulo de rozamiento interno

    y la cohesin del suelo, los mismos que permiten establecer la resistencia al corte

    del suelo, aplicando a las probetas en el laboratorio esfuerzos verticales y

    laterales que tratan de reproducir los esfuerzos a los que est sometido el suelo

    en condiciones naturales. (Norma ASTM D 2850)

    Fotografa 2.10 Muestra de suelo dentro de la cmara triaxial

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 19

    Este ensayo se lo realiz en una cmara de pared transparente (cmara triaxial)

    llena de lquido, en la que se coloc la probeta cilndrica de suelo que, salvo que

    se adopten precauciones especiales, tiene una altura igual a dos veces su

    dimetro, forrada con una membrana de caucho. Esta membrana va sujeta a un

    pedestal y a un cabezal sobre los que se apoyan los extremos de la probeta

    (Norma ASTM D 2850) como se muestra en la fotografa 2.10.

    Generalmente cada prueba se realiza con tres o cinco probetas de la misma

    muestra de suelo, bajo esfuerzos confinantes distintos. Para este ensayo en

    particular se tom tres muestras de suelo, las mismas qu deban presentar

    formas cilndricas con un dimetro de 3,5 cm y una relacin altura-dimetro entre

    2 y 2,5 como se ha mencionado anteriormente (Norma ASTM D 2850). Para

    obtener estas relaciones y formas para las muestras de suelo y segn el tipo de

    suelo que se tuvo, fue necesaria la preparacin de estos cilindros siguiendo un

    proceso de tallado de las muestras, mediante cuchillos pequeos, con lo cual se

    fue dando la forma cilndrica a las muestras, adems de los dimetros y alturas

    requeridas.

    Es importante sealar que de haber tenido un tipo de suelo con la suficiente

    cohesin, el procedimiento para la obtencin de los cilindros se lo hubiese

    realizado con el cortador de muestras, el mismo que con la ayuda de una segueta

    de alambre, va recortando la muestra hasta obtener las dimensiones requeridas.

    El uso del cortador de muestras agilita el proceso para la obtencin de las

    muestras cilndricas, ya que prcticamente el tallar las muestras con los cuchillos,

    es un proceso ms laborioso y requiere de una mayor precisin para realizarlo.

    En la fotografa 2.11 se puede ver el proceso de tallado de las muestras de suelo

    mediante el uso de cuchillos.

    La fotografa 2.12 muestra una de las tres muestras con su dimetro y altura

    correspondiente, es decir una muestra en la cual el proceso de tallado ha sido

    finalizado.

  • 20

    Fotografa 2.11 Tallado de las muestras de suelo

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

    Fotografa 2.12 Muestra tallada

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

    Las respectivas dimensiones de las tres muestras cilndricas que se obtuvo, tras

    su proceso de tallado, se presentan en el Anexo II

  • 21

    Con las muestras cilndricas, se procedi a ingresar una a una las muestras a la

    cmara triaxial, variando para cada una la presin de confinamiento a la que se

    ensay. Como se obtuvo tres muestras para ensayar, se utiliz presiones de

    confinamiento de 0.5, 1.0 y 2.0 kg/cm2 respectivamente.

    Dentro del proceso de confinamiento se van obteniendo los valores de carga a la

    que est siendo sometida cada muestra, cada muestra fue cargada hasta su

    rotura, y al ser un ensayo tipo UU, no se permiti la disipacin de las presiones de

    poro, es decir se mantuvo la vlvula correspondiente cerrada en la cmara triaxial,

    llamndose por ende ensayo No drenado, como se ha mencionado

    anteriormente (Norma ASTM D 2850). De esta prueba triaxial se establece una

    relacin entre esfuerzos normales y cortantes resultados del ensayo de las tres

    muestras cilndricas en la cmara triaxial; esta relacin se la representa en el

    diagrama de envolvente de Mohr, el mismo que est constituido por una serie de

    semicrculos, cada uno de los cuales representa un ensayo a un cierto

    confinamiento. Al trazar una lnea tangente a estos crculos, esta representa la

    envolvente de falla, el ngulo que forma esta lnea con la horizontal representa el

    ngulo de friccin y al prolongar esta lnea con el eje vertical encontramos la

    cohesin del suelo, tal como se presenta en la figura 2.2.

    Figura 2.2 Envolvente de Mohr Ensayo triaxial UU

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 22

    En general la resistencia al corte de un suelo en funcin de los esfuerzos totales

    est dada por la expresin:

    =c + tan

    Dnde:

    = Esfuerzo cortante en el plano de falla

    c = Cohesin

    = Esfuerzo normal sobre el plano considerado

    = Angulo de friccin interna

    El reporte total del ensayo triaxial se presenta en el Anexo II, los parmetros

    obtenidos de esta prueba se resumen en la tabla 2.1

    Tabla 2.1 Parmetros de resistencia del suelo

    Muestra Cohesin (Kg/cm2)

    ngulo de Friccin ()

    Peso Unitario (T/m3)

    JM-1 0.27 13.2 1.52

    Elaborado por: Len Fabricio y Mio Jos

  • 23

    CAPTULO 3

    3 MURO CLAVETEADO

    En este captulo se describe el principio del funcionamiento de un muro

    claveteado, tambin se da a conocer los elementos que lo conforman, se

    mencionan las ventajas y desventajas de su aplicacin, para seguir con una

    descripcin de los posibles modos de falla del muro y terminar con una

    explicacin completa de como disear un muro claveteado.

    3.1 INTRODUCCIN

    Los muros claveteados son sistemas de soporte pasivos que resisten las

    presiones laterales causadas por excavaciones en el suelo, su diseo se basa en

    el anlisis de estas presiones las cuales a su vez se calculan en base a las

    propiedades del suelo como: cohesin, ngulo de friccin interna y peso unitario.

    Los anclajes en este tipo de muros son pasivos, debido a que estos actuarn

    cuando la masa del suelo sufra desplazamientos laterales, los mismos que

    generarn las presiones laterales. Los muros claveteados pueden ser

    permanentes o temporales, la diferencia radica en la pantalla, que para los muros

    temporales est compuesta por una capa de hormign lanzado reforzada con

    malla electro-soldada, y para los muros permanentes esta pantalla es de un

    mayor espesor y de hormign armado tradicional. Este estudio se enfocar en los

    muros permanentes que son los de mayor aplicacin en nuestro pas.

  • 24

    3.2 PRINCIPIO DEL MURO CLAVETEADO

    El concepto fundamental de los muros claveteados se basa en que el suelo es un

    material que no posee alta resistencia a la tensin, por lo que ste puede ser

    reforzado efectivamente por medio de la instalacin de varillas de acero con una

    mezcla de hormign llamados clavos, espaciados de manera adecuada y en

    donde el acero recibe la tarea de soportar los esfuerzos de tensin que se

    originen por la presin lateral del suelo.

    Estos esfuerzos de tensin se dan como resultado de la restriccin que los clavos

    junto con la pantalla de revestimiento proporcionan frente a las deformaciones

    laterales de la estructura de suelo, es decir que los refuerzos interactan con el

    suelo para soportar los esfuerzos y las tensiones que podran causar el colapso

    del suelo.

    Los esfuerzos que se desarrollan en los clavos de anclaje son el resultado de la

    friccin entre al clavo y el suelo, adems de la interaccin entre el suelo y la

    pantalla, esta interaccin suelo-pantalla es la que origina las tensiones en la

    cabeza del clavo de anclaje.

    La mxima tensin en el clavo ocurre dentro de la zona reforzada de suelo a

    cierta distancia de la pantalla (ver figura 3.1), la lnea de mxima tensin en cada

    clavo de anclaje se la conoce como el plano de falla del suelo este plano divide a

    la masa de suelo en dos zonas, una zona llamada activa (zona que fallara o se

    deslizara) que es la que est junto a la pantalla donde los esfuerzos ejercidos por

    el suelo sobre los clavos son dirigidos hacia afuera y tienden a halar el clavo fuera

    del suelo, a la otra zona de suelo se le ha llamado pasiva o resistente y es donde

    los esfuerzos son dirigidos hacia adentro y tienden a oponerse al desprendimiento

    del clavo de anclaje.

    Los clavos actan como una atadura entre la zona activa y pasiva, en otras

    palabras, son los encargados de evitar que estas dos zonas se separen y el suelo

    falle, por lo que para alcanzar una estabilidad en la masa de suelo la resistencia

  • 25

    de cada clavo de anclaje debe ser la adecuada para estabilizar el bloque activo de

    suelo.

    Figura 3.1 Zona activa y Zona resistente

    Elaborado por Fabricio Len y Jos Mio

  • 26

    3.3 ELEMENTOS DE UN MURO CLAVETEADO

    Un muro claveteado como ya sea mencionado en captulos anteriores, consta de

    los clavos o anclajes que se conectan monolticamente a la pantalla de hormign

    armado. En la figura 3.2 se detallan las especificaciones y la ubicacin de cada

    uno de los elementos que conforman un muro claveteado.

    Figura 3.2 Elementos de un muro claveteado

    Elaborado por Fabricio Len y Jos Mio

    Las perforaciones se hacen con la ayuda de maquinaria especializada para este

    fin, estos orificios deben tener una inclinacin adecuada para que la grout o

    lechada pueda introducirse sin problemas a lo largo de la perforacin, se

    recomienda ngulos que van desde los 10 hasta los 15. El espaciamiento

    vertical y horizontal de estas perforaciones depender netamente del diseo. Los

    dimetros de cada perforacin tambin dependern del diseo pero se debe tener

    en cuenta que para la proteccin de la varilla de acero contra la corrosin se debe

    contar con un recubrimiento mnimo de 2.5 cm de grout o lechada a su alrededor,

    medida desde la superficie de la varilla.

  • 27

    El acero de refuerzo del anclaje o clavo es la varilla de acero que deber ser

    corrugada, generalmente de una resistencia a la fluencia de 4.200 Kg/cm, el

    dimetro de las varillas depender del diseo, pero no se recomienda usar

    dimetros menores a 25 milmetros ya que tienden a doblarse excesivamente

    durante la manipulacin y la instalacin, segn explica Carlos Lazarte et al.

    (2003). Estas varillas deben estar provistas de una T o un gancho a 90 en la

    conexin con la pantalla de hormign para desarrollar la suficiente adherencia y

    longitud de desarrollo.

    Los anclajes o clavos estn formados por la varilla de acero y la grout o lechada

    que llena el espacio entre la varilla de acero y el suelo circundante de la

    perforacin, este grout o lechada consiste en una mezcla debidamente dosificada

    de cemento portland tipo II, agregados pequeos y un aditivo expansor .La

    relacin agua cemento debe ser la adecuada, para alcanzar una alta fluidez que

    permita su colado en el orificio perforado sin dejar espacios vacos. La resistencia

    mnima requerida del grout o lechada es de 140 Kg/cm, esta resistencia

    desarrolla la adherencia necesaria entre la varilla y el hormign. Los esfuerzos

    cortantes desarrollados por el peso propio de la pantalla del muro son soportados

    por los clavos o anclajes mientras se va construyendo el muro ya que carece de

    apoyo en la base.

    Los centralizadores son dispositivos que pueden ser hechos de varillas de menor

    dimetro soldadas a la varilla que sirve como refuerzo del anclaje o de mangueras

    de PVC u otros materiales sintticos que estn instalados en varios lugares a lo

    largo de la longitud de cada varilla para asegurar que un espesor mnimo de grout

    o lechada cubra completamente la varilla de acero. Se instalan en intervalos

    regulares, tpicamente no superior a 2.5 metros a lo largo de la longitud de la

    varilla y a una distancia de aproximadamente 0.5 metros de cada extremo de la

    varilla.

    La zona conocida como la cabeza del anclaje consta de la conexin tipo T o el

    gancho a 90 y de unos refuerzos diagonales extras que generalmente son

  • 28

    varillas de 14 a 20 milmetros que aumentan la resistencia a la falla interna en la

    cabeza del anclaje.

    La pantalla o muro formado de hormign armado es la encargada de transmitir las

    acciones a los anclajes o clavos y adicionalmente proporcionar proteccin al suelo

    contra la erosin y desprendimiento. Dependiendo de las necesidades del

    proyecto, si a la pantalla se le da un buen acabado atractivo estticamente puede

    ahorrar el costo del acabado final de la pantalla.

    3.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE SU APLICACIN

    3.4.1 Ventajas

    En los muros claveteados cabe destacar que el proceso de refuerzo del

    suelo se lo realiza de forma descendente y por etapas, a medida que

    avanza la excavacin. No requiere por tanto ejecutar excavaciones previas

    importantes que posteriormente hayan de rellenarse, como en el caso de

    los muros de contencin convencionales, lo que puede redundar en un

    aumento de la seguridad durante la construccin (Ortuo Abad, 2010).

    Su construccin genera menos impacto ambiental en comparacin a otras

    tcnicas constructivas. Debido a que no requiere mayores trabajos en el

    terreno ni tampoco recurre a la tala de rboles. (Lazarte et al. 2003).

    No necesita embeber ningn elemento estructural bajo la base del muro,

    como vigas metlicas o pilas de concreto, tal como ocurre en el caso de

    algunos muros. (Lazarte et al. 2003).

    La maquinaria necesaria para su ejecucin es pequea y ligera, lo que a su

    vez proporciona: flexibilidad para adaptarse a formas irregulares de la

    excavacin deseada y adems facilidad de acceso a zonas de topografa

  • 29

    adversa (laderas con fuerte pendiente) o de galibo limitado. (Ortuo Abad,

    2010).

    Se lo considera un mtodo relativamente gil y rpido en ejecutarlo.

    Este sistema constructivo provee una mayor flexibilidad que otras

    estructuras, lo que hace posible que puedan resistir movimientos tanto

    horizontales como verticales. (Lazarte et al. 2003)

    3.4.2 Desventajas

    En reas urbanizadas el arreglo de los clavos puede interferir con

    estructuras o instalaciones cercanas. (Carlos Lazarte, 2003).

    La construccin de este tipo de muros requiere de mano de obra

    capacitada y calificada, debido a que se requiere de un equipo

    especializado para realizar las perforaciones en donde irn los clavos.

    No se puede utilizar este mtodo en suelos arcillosos demasiado blandos,

    la baja resistencia a la friccin de las arcillas blandas ocasionara que se

    utilizaran refuerzos de alta densidad y de longitudes considerablemente

    grandes para mantener los niveles de seguridad. (Carlos Lazarte, 2003).

    La construccin de este tipo de muros no resulta adecuada cuando se tiene

    un nivel fretico elevado, debido a que el agua que brota en la superficie

    del talud puede provocar arrastres de suelo (Ortuo Abad, 2010).

    Los anclajes de este tipo de muros nicamente pueden ser anclados a

    terreno natural y no a suelo de relleno debido a que en este tipo de suelo el

    anclaje no hallara la suficiente adherencia para permanecer dentro de la

    masa del suelo (Auz, Estudios de Alternativas para la Estabilizacin del

    Talud en el Proyecto Hipermarket, 2010).

  • 30

    3.5 MODOS DE FALLA DE UN MURO CLAVETEADO

    Los modos de falla de un muro claveteado son las diferentes superficies o

    elementos que pueden verse gravemente afectados o inclusive totalmente

    destruidos por la accin del empuje lateral del suelo. Se clasifican en tres modos

    de falla:

    Falla de la conexin pantalla clavo de anclaje

    Modos de falla internos

    Modos de falla externos

    3.5.1 Falla De La Conexin Pantalla - Clavo De Anclaje

    La falla de la conexin entre la pantalla y los clavos de anclaje depende en gran

    parte del diseo de la pantalla, al igual que en la conexin de una losa plana con

    una columna o en la conexin de una zapata con una columna, la falla en la

    pantalla del muro puede darse por flexin o por punzonamiento.

    3.5.1.1 Falla por flexin

    Este modo de falla que se debe al aparecimiento de deformaciones excesivas

    (que no fueron consideradas en el diseo) en la pantalla que van ms all de la

    resistencia estimada a la flexin.

    La pantalla del muro claveteado puede ser considerada como una losa continua

    de hormign armado, en donde las cargas que actan sobre ella son las

    presiones laterales del suelo, mientras que los soportes o apoyos de la losa

    seran los clavos de anclaje. Las cargas del empuje del suelo y la reaccin en los

    clavos de anclaje generan momentos flexionantes en la pantalla. Se inducen

    momentos positivos y momentos negativos. Los momentos positivos son aquellos

    que aparecen en el espacio entre los clavos de anclaje, generando tensin en el

  • 31

    exterior de la seccin, mientras que los momentos negativos son aquellos que

    ocurren alrededor de la cabeza de los clavos de anclaje, generando tensin en el

    interior de la seccin de la pantalla.

    Figura 3.3: Falla por flexin

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    Fuente: (Carlos Lazarte, 2003)

    En la figura 3.3 se puede observar la ubicacin de las posibles zonas de falla por

    flexin, tanto por momento negativo como por momento positivo.

    3.5.1.2 Falla por punzonamiento

    Este modo de falla ocurre cuando la pantalla no es capaz de soportar las fuerzas

    de corte generadas por la tensin en los clavos de anclaje. Estas fallas ocurren

    alrededor de la cabeza de los cavos de anclaje.

  • 32

    El anlisis de la falla de cortante por punzonamiento en la pantalla de

    revestimiento depende del tipo de conexin, y debe ser evaluada de manera

    diferente para cada caso. Para este anlisis se us una conexin en forma T

    mediante una varilla soldada en la cabeza del clavo de anclaje. A medida que la

    fuerza de tensin en la cabeza del clavo de anclaje se incrementa a valores

    crticos no considerados, se pueden formar agrietamientos y fracturas alrededor

    de la cabeza del clavo de anclaje como se puede ver en la figura 3.4,

    especialmente a lo largo de la T formada en la conexin entre la pantalla y el

    clavo de anclaje.

    Figura 3.4: Falla por punzonamiento

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    Fuente: (Carlos Lazarte, 2003)

    Para evitar esto la pantalla deber ser diseada para que resista adecuadamente

    las fuerzas de corte generadas por la tensin en los clavos de anclaje.

  • 33

    3.5.1.3 Falla por conexin de la T

    Este modo de falla consiste en la separacin de la varilla soldada en la cabeza del

    clavo de anclaje (ver figura 3.5), esta es una falla muy grave ya que al perderse la

    conexin entre la pantalla y los clavos, las pantallas ya no estn en capacidad de

    soportar los empujes del suelo y son libres de volcarse o caerse en cualquier

    momento.

    Figura 3.5: Falla por conexin en la T

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    La conexin entre el clavo de anclaje y la pantalla deber estar plenamente

    garantizada por el sistema de unin que se escoja, para que pueda resistir las

    tensiones estimadas en los clculos.

    3.5.2 Modos De Falla Externos

    Estos modos de falla se refieren al aparecimiento de superficies potenciales de

    falla que pasan a travs o detrs de los clavos de anclaje. Para los modos de falla

    externos, el muro claveteado es tratado como un bloque rgido de suelo. Los

    clculos para la estabilidad tienen en cuenta las fuerzas resistentes que actan a

  • 34

    lo largo de cada superficie de falla y as establecer el equilibrio del bloque. Si la

    superficie de falla intersecta uno o ms clavos de anclaje, los clavos contribuyen a

    la estabilidad del bloque porque proveen una fuerza externa estabilizadora que

    debe ser aadida a las fuerzas resistentes del suelo a lo largo de la superficie de

    falla.

    La evaluacin de la estabilidad externa es muy importante para el diseo de los

    muros claveteados porque la magnitud y las consecuencias de la falla pueden ser

    significativas. Los anlisis de estabilidad son ideales para verificar que el muro

    propuesto sea capaz de resistir las fuerzas desestabilizadoras inducidas por la

    excavacin, cargas de servicio, cargas ssmicas, sobrecargas, etc. para cada

    modo potencial de falla. Segn Lazarte et al. (2003) se ha considerado 3 modos

    de falla externos:

    Falla por Estabilidad Global

    Falla por Deslizamiento

    Falla por Capacidad de Carga en Base y Volcamiento

    3.5.2.1 Falla por estabilidad global

    La falla por estabilidad global ocurre cuando el plano de falla pasa cerca al final

    de los clavos de anclaje o hasta por detrs de estos ver figura 3.6, los clavos de

    anclaje no son capaces de sostener a la cua de suelo que se puede desprender

    libremente, volviendo intil al muro. Para garantizar la estabilidad global del

    sistema muro-suelo se usar la teora propuesta por Bowles que es una

    modificacin a la cua de falla propuesta por Rankine, esta cua de falla se

    detalla en el numeral 3.6.2 de este documento.

  • 35

    Figura 3.6 Falla por estabilidad global

    3.5.2.2 Falla por deslizamiento

    La falla por deslizamiento ocurre cuando el plano de falla pasa por detrs de los

    clavos de anclaje o hasta cerca del final de estos ver figura 3.7 estos anclajes se

    vuelven incapaces de mantener adherido al muro y al suelo, la fuerza que puede

    hacer que el muro se deslice tambin llamada fuerza desestabilizante (Fdes) es la

    componente horizontal del empuje activo del suelo, y la fuerza que se opone al

    deslizamiento del muro conocida como fuerza estabilizante (Fest) es la resultante

    de la friccin entre los clavos de anclaje y el suelo resistente.

    Para garantizar la estabilidad por deslizamiento basta con hacer una simple

    relacin entre las fuerzas estabilizantes y desestabilizantes, esta relacin debe

    ser mayor a 1.5.

  • 36

    Figura 3.7 Falla por deslizamiento

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    3.5.2.3 Falla por capacidad de carga en la base y volteo

    La falla por capacidad de carga en la base y volteo ocurre cuando el plano de falla

    adems de pasar por atrs de los clavos de anclaje se extiende por debajo de la

    base del muro haciendo que este pueda volcarse.

    Figura 3.8 Falla por capacidad de carga y volteo

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

  • 37

    3.5.3 Modos De Falla Internos

    Los modos internos de falla estn relacionados con la transferencia de carga

    entre el suelo, los clavos de anclaje y el grout o lechada. Los clavos transmiten

    una resistencia generada por la adherencia entre la grout o lechada y el suelo

    circundante a medida que el sistema del muro se deforma durante las

    operaciones de excavacin. Dicha resistencia de adherencia se moviliza de

    manera progresiva a lo largo de todo el clavo con cierta distribucin, la cual est

    afectada por una serie de factores de diferente naturaleza.

    A medida que la resistencia por adherencia es transferida, las tensiones en el

    clavo se van desarrollando progresivamente. Dependiendo de la longitud del

    clavo, su resistencia a la tensin y de la resistencia de adherencia, la distribucin

    de esfuerzos vara y pueden desarrollarse varios tipos de fallas internas. Los

    modos internos de falla tpicos relacionados con los clavos de anclaje segn

    Lazarte et al. (2003) se muestran a continuacin:

    Falla por desprendimiento del clavo de anclaje

    Falla por desprendimiento de la varilla del clavo de anclaje

    Falla por rotura del clavo de anclaje

    Falla por flexin y corte de los clavos

    3.5.3.1 Falla por desprendimiento del clavo

    Esta falla se desarrolla a lo largo del contacto suelo - grout debido a que no se

    desarroll una adherencia suficiente entre al suelo y el grout o lechada y/o por

    una longitud insuficiente del clavo donde no se alcanz a desarrollar la fuerza de

    friccin necesaria.

  • 38

    Figura 3.9 Falla por desprendimiento del anclaje

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    Fuente: (Carlos Lazarte, 2003)

    3.5.3.2 Falla por desprendimiento de la varilla del clavo

    La resistencia contra el deslizamiento a lo largo del conjunto varilla grout, se

    deriva principalmente de la adherencia mecnica entre la grout o lechada y los

    corrugados de la superficie de la varilla de acero que conforma el clavo de

    anclaje.

    El conjunto varilla - grout provee una resistencia significativa cuando se utilizan

    barras de acero corrugadas. En cambio, dicha resistencia es insignificante cuando

    se usan barras de acero lisas. Por lo tanto, la recomendacin es usar barras de

    acero que sean corrugadas, para aumentar la adherencia varilla grout o

    lechada.

  • 39

    Figura 3.10 Falla por desprendimiento de la varilla

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    Fuente: (Carlos Lazarte, 2003)

    3.5.3.3 Falla por rotura del clavo de anclaje

    Esta falla ocurre cuando la resistencia a la tensin de la barra de acero usada

    como parte del clavo de anclaje es insuficiente para soportar las cargas que

    ejerce el suelo contra el muro. (Ver figura 3.11)

    3.5.3.4 Falla por flexin y corte de los clavos

    Los clavos de anclaje trabajan principalmente a tensin, pero tambin movilizan

    esfuerzos debido a fuerzas cortantes y momentos flectores en la interseccin de

    la superficie de falla o deslizamiento con el clavo. Las resistencias del clavo al

    cortante y a la flexin se transmiten solamente despus que se dan

    desplazamientos relativamente grandes a lo largo de la superficie de

    deslizamiento. (Ver figura 3.12) Segn muchos investigadores en el rea de

    estructuras claveteadas, las resistencias al cortante y a la flexin no contribuyen

  • 40

    en ms del 10% de la estabilidad total del muro. Debido a esta contribucin

    relativamente modesta, las resistencias del clavo al cortante y a la flexin son

    conservadoramente despreciadas. (Carlos Lazarte, 2003)

    Figura 3.11 Falla por rotura del anclaje

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

    Figura 3.12 Falla por corte y momento

    Elaboracin: Fabricio Len y Jos Mio

  • 41

    3.6 DISEO DEL MURO CLAVETEADO

    Una parte importante en el proceso de diseo de un muro claveteado es

    determinar las presiones actuantes que el suelo puede ejercer sobre el muro, ya

    que de esto dependen las dimensiones de los clavos de anclaje y la pantalla.

    Se empezar describiendo las presiones que actan sobre el muro, el posible

    plano de falla que puede aparecer al interactuar el suelo con el muro, para

    terminar con el diseo de los clavos de anclaje y la pantalla.

    El anlisis de los anclajes necesita de diferentes escenarios de prueba, para lo

    cual se disearn y construirn algunos tramos de muros claveteados

    independientes y adicionalmente 2 clavos de anclaje sin pantalla, cada muro y

    cada anclaje tienen diferentes caractersticas que al momento del anlisis nos

    ayudarn a obtener mejores resultados. Los tramos de muros que se disearn y

    construirn se describen a continuacin:

    Todos los muros tendrn el mismo diseo tanto del clavo de anclaje como de la

    pantalla, la longitud del anclaje deber ser la necesaria para que la falla pueda

    darse por cualquiera de los modos descritos anteriormente y no solo por

    desprendimiento del clavo de anclaje. Los muros se disearn para resistir las

    presiones laterales del suelo y adicionalmente una sobrecarga repartida de 2 T/m.

    La diferencia entre un tipo de muro y otro radica en la ubicacin del clavo de

    anclaje, la variacin en la posicin del anclaje nos permitir evaluar la forma del

    diagrama de presiones que acta en cada caso, en el muro de prueba M-1 el

    anclaje estar ubicado a los 2/3 de la altura del muro, en el muro de prueba M-2 el

    anclaje estar ubicado a 1/3 de la altura total del muro, y en el muro de prueba M-

    3 el anclaje estar ubicado en el centro del muro, la siguiente figura muestra las

    dimensiones y la ubicacin de los clavos de anclaje para cada tramo de muro,

    adems de los anclajes a talud natural llamados A-1 y A-2.